Нерегулируемые электроприводы с прямым включением в сеть

Асинхронные двигатели нерегулируемых электроприводов малой и средней мощности запускаются прямым включением в сеть без ограничения пусковых токов. В таких электроприводах применяются релейно-контакторные схемы управления. Основные узлы управления в таких электроприводах выполняют функции коммутации и защиты.

После включения двигателя и затухания переходного процесса в двигателе устанавливается начальный пусковой ток. Величина начального пускового тока составляет от 4-х до 8-кратной величины номинального тока двигателя и не зависит от нагрузки. Амплитудное значение тока первого полупериода после включения может достигать 12-кратного значения номинального тока. Длительность протекания пускового тока (разгона двигателя) зависит от момента нагрузки и момента инерции привода (прямо пропорциональна). Большой пусковой ток в течение нескольких секунд вызывает нагрев обмоток статора и ротора до высоких температур, так как за это короткое время в железо успевает перейти лишь небольшое количество тепла. Длительностью до 10 секунд пуск считается нормальным, при большем времени – тяжелым.

Асинхронные электродвигатели защищают:

– от токов коротких замыканий и от больших токов при недопустимых перегрузках, если они возможны по условиям работы – максимальная токовая защита;

– от больших кратковременно допустимых перегрузок или если необходимо ограничить длительность времени пуска – время-токовая защита;

– от длительной небольшой перегрузки (от перегрева) – тепловая защита;

– от исчезновения (выпадения) фазы – дифференциальная защита;

– от понижения или исчезновения напряжения и последующего самозапуска (если он недопустим) – минимально-нулевая защита.

Максимальная токовая защита осуществляется плавкими предохранителями, автоматическими выключателями с электромагнитными (ток срабатывания ) или комбинированными (электромагнитные и тепловые) расцепителями и электромагнитными реле тока.

Тепловая защита осуществляется плавкими предохранителями, тепловыми расцепителями автоматических выключателей и тепловыми реле электромагнитных пускателей. Плавкие предохранители характеризуются время-токовыми зависимостями.

Время-токовая защита осуществляется с помощью тепловых реле с токовременной зависимостью (при пуске двигателя с 6-кратным номинальным током отключение должно происходит по истечении 10 секунд), а так же с помощью реле тока и реле времени.

Дифференциальная защита осуществляется тепловыми реле с дифференциальными устройствами защиты от выпадения фазы.

При отсутствии одной из фаз, возрастают токи в двух других фазах и потери в двигателе становятся в 1,5-2 раза больше. Тепловая защита в этом случае отключает двигатель, когда он уже перегрелся.

Для того, чтобы в условиях асимметрии сети и однофазного режима работы обеспечить надежную работу двигателя реле перегрузки должно быть оснащено дифференциальной защитой.

Тепловое реле конструктивно представляет собой биметаллическую пластину и обмотку нагревателя, по которой протекает ток двигателя. В зависимости от конструкции тепловое реле может иметь регулировку тока уставки в пределах от 0.1 до 1.1, компенсацию температуры окружающей среды и дифференциальное устройство отключения (защиты от выпадения фазы).

Минимальная защита осуществляется минимальными расцепителями автоматических выключателей с регулируемым значением уставки напряжения отключения выключателя или непосредственно контакторами электромагнитных пускателей, которые отключаются при снижении питающего катушки контакторов напряжения до значения.

Главной задачей устройства защиты двигателя является его своевременное срабатывание, прежде чем температура двигателя достигнет критического значения. В то же время устройства защиты не должны срабатывать, если двигатель:

– работает в продолжительном режиме работы (S1) с номинальным током;

– в течении допустимого времени разгона и торможения работает с начальным пусковым током;

– в горячем состоянии перегружен 1,5-кратным номинальным током в течении 2 минут;

– эксплуатируется в режимах работы S2…S8.

Токи уставки аппаратов максимальной и тепловой защиты асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором выбираются соответственно из условий:

; .

Примером нерегулируемых электроприводов с прямым включением в сеть могут служить электроприводы следующих общепромышленных механизмов: тихоходных лифтов, конвейеров, вентиляторов, насосов, компрессоров.

В качестве примера на рис. 2.3 приведена схема электрическая принципиальная нерегулируемого нереверсивного асинхронного электропривода. Электропривод к трехфазной сети подключен с помощью автоматического выключателя QF с электромагнитными расцепителями (максимальная защита). Дистанционное включение (пуск) и отключение (останов) электропривода осуществляется посредством нереверсивного магнитного пускателя, в состав которого входит линейный контактор КМ и два тепловых реле КК (тепловая защита). Управление работой электропривода осуществляется с помощью двухкнопочной станции: при нажатии на кнопку SB1 происходит пуск электропривода, при нажатии на кнопку SB2 – останов.

Рис. 2.3. Схема электрическая принципиальная нерегулируемого нереверсивного асинхронного электропривода

При срабатывании максимальной защиты автоматический выключатель отключает электропривод от сети, обесточивается катушка контактора КМ, контактор отпадает и отключает двигатель.

При срабатывании тепловой защиты размыкается н.з. контакт тепловых реле КК в цепи катушки контактора КМ, контактор отпадает и отключает двигатель. Двигатель тормозится выбегом под действием реактивного статического момента (сил трения и полезной нагрузки). Для возобновления работы электропривода после срабатывания тепловых реле КК необходимо снять их блокировку. Пуск двигателя без этого невозможен.

При понижении или исчезновении напряжения контактор КМ отключается и отключает двигатель. После восстановления напряжения самозапуск двигателя невозможен, а его последующий пуск происходит только после нажатия кнопки SB2.

Цепи управления от токов короткого замыкания защищаются плавкими предохранителями F1.

Автоматический выключатель QF может быть заменен рубильником P с предохранителями F.

Если необходимо осуществить реверс двигателя (изменить направление вращения путем смены чередования фаз), то применяется реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и два тепловых реле защиты КК (рис. 2.4). Катушки контакторов КМ1 и КМ2 имеют электрическую блокировку цепей питания (н.з. контакты контакторов КМ1 и КМ2), а подвижные части контакторов – механическую. Это исключает короткое замыкание в цепи статора двигателя, которое может возникнуть в результате одновременного включения контакторов, например, в результате ошибочного нажатия на обе кнопки SB1 и SB2.

Рис. 2.4. Схема электрическая принципиальная нерегулируемого реверсивного асинхронного электропривода

В схеме рис. 2.4 управление двигателем возможно по следующим двум схемам:

– пуск «Вперед» – останов – пуск «Назад» – останов и т.д.;

– пуск «Вперед» – реверс «Назад» – реверс «Вперед» и т.д. – останов.

Процесс реверсирования состоит из двух этапов – торможения противовключением и разгона двигателя в противоположную сторону.

Как уже отмечалось, нерегулируемый асинхронный электропривод является массовым электроприводом простейших производственных механизмов: вентиляторов, насосов, компрессоров, конвейеров и т.д. Отметим основные недостатки нерегулируемого электропривода:

– большие пусковые токи, что может приводить к просадке напряжения маломощной сети потребителя и отключению электроприводов других механизмов;

– большие недопустимые динамические нагрузки механизмов, что может приводить к их преждевременному выходу из строя и разрушению;

– большие потери электроэнергии при необходимости регулирования производительности механизмов, например, насосов или вентиляторов, которая в этом случае регулируется с помощью задвижек и заслонок. Механизм в этом случае работает с меньшей производительностью, но с большим напором и потребляемая электродвигателем мощность из сети практически остается неизменной. Экономически целесообразно было бы работать с открытой задвижкой и меньшими оборотами электродвигателя.

Среди энергосберегающих мероприятий в производстве и сфере услуг наибольший экономический эффект дает замена асинхронного нерегулируемого электропривода регулируемым электроприводом. Учитывая, что нерегулируемые электроприводы составляют порядка 80% от их общего количества, это направление энергосбережения электроэнергии весьма актуально в настоящее время.